Механическая вентиляция - путь к комфорту и энергосбережению

Причины, по которым необходима механическая вентиляция

Известны многочисленные недостатки естественной вытяжной вентиляции, устанавливаемой в жилых зданиях массовой застройки. В последние годы в связи с повышением герметичности зданий, увеличением содержания в них синтетических отделочных материалов, ужесточением требований к качеству внутреннего микроклимата эти недостатки еще сильнее обострились.

В частности, по результатам исследований американских ученых один миллион зданий в США имеет плохое качество воздуха, в результате чего снижается производительность труда и величина этих потерь достигает 60 млрд. долларов США в год.

В течение последних пяти лет АВОК постоянно изучает вопрос по определению целесообразности и необходимости использования механической вентиляции в многоэтажных жилых и общественных зданиях взамен естественной вентиляции. Практическим результатом научных исследований и инициатив АВОКа в этом направлении является то, что в 2000 году в микрорайоне Никулино-2 будет построен жилой дом, оснащенный системой механической вентиляции, а в 2002 году появится дом на Красностуденческом проезде.

По данной тематике АВОК постоянно публикует статьи, организовывает специализированные секции на конференциях и семинарах. В настоящее время АВОК готовит рекомендации по возможности и целесообразности применения механической вентиляции.

По всем указанным вопросам АВОК осуществляет постоянное сотрудничество с Комплексом архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Правительства Москвы, в лице которого находит активную поддержку своим инициативам.

К недостаткам естественной вентиляции следует отнести и то, что она плохо согласуется с современными требованиями энергосбережения. При установке терморегуляторов на отопительных приборах появилась реальная возможность экономии тепла в системе отопления. При этом от 30 до 75% в установленной тепловой мощности системы составляет потребность в теплоте на нагревание вентиляционного воздуха. Энеогосбережение было бы наиболее эффективным, если бы вентиляция могла работать с переменным расходом воздуха. Организовать такое регулирование при естественной вентиляции практически невозможно.

Кроме этой составляющей энергозатрат, с помощью механической вентиляции можно экономить за счет нагрева приточного воздуха вытяжным. Но для этого механической должна быть не только вытяжная, но и приточная вентиляция.

Обеспечение норм воздухообмена

Рисунок 1. Схема вентиляционных потоков в квартире

СНиП 2.08.01-89 "Жилые здания" рекомендует следующую схему воздухообмена квартир: наружный воздух поступает через открытые форточки жилых комнат и удаляется через вытяжные решетки, установленные в кухнях, ванных комнатах и туалетах (рис. 1). Воздухообмен квартиры должен быть не менее одной из двух величин: суммарной нормы вытяжки из туалетов, ванных комнат и кухни, которая в зависимости от типа кухонной плиты составляет 110-140 м³/ч, или нормы притока, равной 3 м³/ч на каждый  м² жилой площади. В типовых квартирах, как правило, первый вариант нормы оказывается решающим, в квартирах по индивидуальному проекту - второй. Так как эта норма для больших квартир приводит к неоправданно завышенным расходам вентиляционного воздуха, в московских региональных нормах МГСН 3.01-96 "Жилые здания" предусматривается воздухообмен жилых комнат с расходом 30 м³/ч на одного человека. В большинстве случаев проектные организации принимают 30 м³/ч на одну комнату. Сравнение наших норм воздухообмена с приводимыми в [2] нормами Германии показывает, что для небольших квартир наши нормы более жесткие, так как нижнюю границу воздухообмена они не опускают ниже 110-140 м³/ч. В то же время, по немецким нормам в квартирах до 50  м² общей площади требуется расход воздуха, равный 60 м³/ч, а в квартирах 50-80  м² - равный 90 м³/ч.

Некоторые специалисты [2] предлагают считать норму притока базовой, а норму вытяжки - пиковой. Тогда российские и германские нормы будут ближе. Однако принятие этого предложения возможно только при регулируемой вентиляции, что, как было сказано выше, легче осуществить при механической системе.

Уже сейчас рядом проектных организаций для подачи притока в квартиры в зданиях с плотными окнами применяются различные приточные клапаны и аэроматы в наружных стенах и окнах. Клапаны бывают простыми (в виде приточного отверстия с крышкой), с шумоглушителями и с ограничением расхода приточного воздуха при увеличении скорости лобового ветра.

При использовании шумоглушащих приточных клапанов или аэроматов, имеющих повышенное аэродинамическое сопротивление, становятся необходимыми механические системы вытяжной вентиляции. При этом они могут быть центральными с общим вытяжным вентилятором или с индивидуальными вентиляторами у каждой вентиляционной решетки.

Рисунок 2. Схема центральной системы механической вытяжной вентиляции

В первом случае структура вытяжной вентиляционной сети сохраняется такой же, как это принято при естественной вытяжной вентиляции многоэтажных зданий, то есть схема, включающая в себя вертикальный сборный канал - "ствол" с боковыми ответвлениями - "спутниками" (рис. 2). Воздух поступает в боковое ответвление через вытяжное отверстие, расположенное в кухне, ванной комнате или туалете, и, как правило, в междуэтажном перекрытии над следующим этажом перепускается в магистральный сборный канал. Такая схема значительно компактнее системы с индивидуальными каналами, может быть аэродинамически устойчивой и отвечает требованиям противопожарной безопасности. Ее отличает устойчивая работа во все периоды года. В качестве побудителя движения воздуха устанавливаются крышные вентиляторы. Для снижения уровня вентиляционного шума перед вентилятором по ходу воздуха предусматривается шумоглушитель. Наличие надежных в работе крышных вентиляторов (аналогичными вентиляторами оборудуются и шахты мусоропровода) делает такие системы достаточно привлекательными. Чтобы исключить жировые отложения на стенках вентиляционных каналов некоторые германские фирмы [3] считают необходимым установку воздушных фильтров за вытяжными решетками на кухнях.

В материалах Международного семинара [3], организованного Правительством Москвы, Представительством программы ТАСИС и ОАО "Сантехпром", предлагается проектировать вентиляцию, способную работать в двух режимах: в базовом и пиковом, с временно повышенным расходом над базовым. Причем при базовом режиме воздухообмен должен составлять 0,4-0,5 крат объема квартиры или 20-30 м³/ч на человека, а в пиковом потребительском режиме эти цифры должны быть не менее 0,8 крат и более 30 м³/ч на человека.

Возможность регулирования расхода воздуха из обслуживаемых помещений при "спутниковой" схеме связана с ее удорожанием за счет применения у вентилятора регулируемого привода, работающего по импульсу датчика разряжения в нижней точке системы [2]. Вход вытяжного воздуха в вентиляционную систему оборудуется вытяжным клапаном, который устроен так, что в закрытом положении он пропускает минимальный расход воздуха, необходимый для постоянного проветривания квартиры, а в открытом - пиковый потребительский.

Индивидуальная установка вытяжных вентиляторов на каждой решетке требует индивидуальных вытяжных каналов во избежание разрегулировки системы при одновременной работе нескольких вентиляторов. Поэтому применение такой схемы ограничивается из-за возрастания числа каналов с увеличением этажности здания. Положительными сторонами такого рода системы являются, во-первых, возможность периодической работы вентиляции, например, по датчику влажности в помещении, при ручном включении вентилятора или при включении света, и, во-вторых, установка вентилятора в зоне ответственности самого потребителя. При выключенном вентиляторе такая система может работать как естественная вытяжка, поддерживая минимальный воздухообмен. В то же время, она считается нецелесообразной из-за шума канальных вентиляторов в квартире и большой протяженности напорных вытяжных воздуховодов по зданию. Такая схема плохо сочетается с центральной механической приточной системой из-за дисбаланса, возникающего при периодической работе вытяжной вентиляции такого типа.

При механической вытяжной вентиляции и особенно с приточными клапанами, ограничивающими пропуск воздуха, следует обратить особое внимание на плотность квартирных дверей. Большая воздухопроницаемость дверей порождает проблему перетекания отработанного воздуха из квартир нижних этажей по лестничной клетке в квартиры верхних этажей, в результате чего даже при хорошо работающей вытяжной вентиляции приток свежего воздуха значительно сокращается. В зданиях с односторонним расположением квартир эта проблема усугубляется возможностью горизонтального перетекания из квартир с наветренной стороны в квартиры подветренного фасада. СНиП "Строительная теплотехника" к входным дверям в квартиры предъявляет требование высокой герметичности, обеспечивающей воздухопроницаемость не более 1,5 кг/чo м², что практически должно отсечь квартиру от лестнично-лифтовой шахты. В реальных условиях это требование, как правило, не выполняется. При естественной вентиляции норму плотности дверей можно было бы даже снизить [1]. При механической вытяжке в квартирах создаются большие разряжения и подсос через неплотные двери не исключен.

Вытяжные каналы зданий, строящихся по индивидуальным проектам, как правило, выполняются металлическими, по спутниковой схеме и, в случае высоких зданий, делятся по высоте на зоны не более 10-12 этажей. Прокладываются они в специальных внутриквартирных шахтах. Вентиляционные каналы типовых зданий обычно проектируются из бетонных вентблоков. Основной проблемой в этом случае является обеспечение герметичности междуэтажных стыков.

Механические приточные системы вентиляции

Рисунок 3. Схема принудительной приточно-вытяжной вентиляции

Оборудование жилых зданий приточными системами вентиляции происходит значительно реже, чем механическими вытяжными, так как это существенно удорожает проект за счет стоимости самой системы, места для приточной установки и площадей, необходимых для прокладки воздуховодов. Преимуществом механических приточных систем является гарантированная подача расчетного расхода приточного воздуха в каждую квартиру, возможность обеспыливания приточного воздуха и уменьшения аллергических заболеваний, возможность воздухораспределения, исключающего дутье вне зависимости от погодных условий на улице, возможность энергосбережения за счет утилизации теплоты удаляемого воздуха для нагрева приточного. К недостаткам, кроме дороговизны, следует отнести ухудшение ионного состава воздуха помещений, затраты электроэнергии на перемещение приточного воздуха, возможные дополнительные теплопотери в вентиляционной камере и из воздуховодов.

Обычно устанавливается не менее двух приточных систем на здание. При возможности воздухозабора из зеленой зоны приточная камера размещается в подвале (рис. 3), если в нижней части чистый воздух забрать неосуществимо, то она устанавливается на верхнем техническом этаже.

Рисунок 4. Схема вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха

Приточные металлические воздуховоды - стволы со "спутниками" - располагаются [4] в технических шахтах внутри квартиры, из которых выполняется раздача приточного воздуха непосредственно в комнаты. При этом разводка приточных воздуховодов осуществляется за подшивным потолком внутриквартирного холла. В высоких зданиях на каждую зону по высоте в 10-12 этажей проектируются самостоятельные стволы приточных воздуховодов. Зимой приточный воздух подается подогретым до температуры 20°С, летом - наружный. Кроме того, в приточной камере воздух фильтруется в сухих фильтрах типа EU 5 - EU 6. Вентилятор приточной системы подбирается с учетом располагаемого давления, необходимого для присоединения внутриквартирной вентиляционной сети.

При устройстве приточной системы, вытяжная, как правило, предусматривается также механической с крышными вентиляторами. Наличие механической приточно-вытяжной системы делает возможным утилизацию теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного. На рис. 4 приведена принципиальная схема такой системы с пластинчатым рекуперативным теплообменником. Однако применение ее в условиях средней полосы России в самые пики морозов требует предварительного подогрева приточного воздуха во избежание замерзания конденсата в тракте вытяжного воздуха. Известны схемы с поквартирными приточно-вытяжными системами и утилизацией теплоты, где предварительный подогрев притока осуществляется индивидуально небольшими электрокалориферами. Имеется положительный опыт применения таких систем в малоэтажных зданиях [5].

Заключение

Ответ на вопрос о необходимости широкомасштабного перехода на механическую вытяжную вентиляцию в панельных жилых зданиях является положительным, а ее сочетание с механической приточной или естественной приточной вентиляцией требует проведения ряда целенаправленных сравнительных исследований на зданиях, оборудованных различными сочетаниями вентиляционного воздухообмена.

К настоящему времени выявлены следующие требования к микроклимату помещений:

• понятие "вредности помещений" жилых зданий включает в себя большой комплекс показателей: окись углеродов (продукты сгорания), окружающий табачный дым, оксиды азота, биологические загрязняющие вещества, неорганические летучие соединения, радон, запахи людей, формальдегиды, бытовые химические вещества и т. д.;
• обеспечение условий микроклимата помещения включает в себя усредненные данные для больших групп людей, а также индивидуальные потребности каждого человека, то есть системы вентиляции должны предусматривать возможности индивидуального регулирования параметров микроклимата в пределах нормативного диапазона;
• при проектировании систем вентиляции необходимо ориентироваться не только на нейтрализацию постоянно действующих возмущений, но также учитывать кратковременные изменения возмущений.

Чтобы российские нормативные требования приближались к современным международным требованиям к качеству микроклимата помещений, в ближайшие годы необходимо выполнить, как минимум, следующие работы:

1. Целесообразно ГОСТ 30494-96 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях" разделить на два ГОСТа - отдельно для жилых и отдельно для общественных зданий.
2. Необходимо разработать "Свод правил" по расчету требуемого воздухообмена в жилых и общественных зданиях с использованием в нем результатов мировых достижений по исследованию вредностей помещений.
3. Целесообразно организовать отечественную специальную конференцию по типу "Healthy Buildings" или "Roomvent" и проводить ее раз в полтора-два года.

Литература

1. Китайцева Е. Х., Малявина Е. Г. Естественная вентиляция жилых зданий. - "АВОК", 1999, № 3.
2. Ливчак В. И. Решения по вентиляции многоэтажных жилых зданий. - "АВОК", 1999, № 6.
3. "Зарубежный и российский опыт разработки энергоэффективных систем вентиляции для жилых домов". Материалы Международного семинара по проекту программы ТАСИС ERUS-9705 29 февраля - 1 марта 2000 г., Москва.
4. Васильев И. К., Малявина Е. Г. Инженерные системы жилых зданий со свободной планировкой квартир. - "АВОК", 1999, № 2.
5. Наумов А. Л. Инженерные системы индивидуальных домов. - "АВОК", 1999, № 1.

Статью подготовили:

Ю.А. Табунщиков, профессор, Президент АВОК,

Е.Г. Малявина, С.Н. Дионов, МГСУ.